JP5802262B2 - 飼料移動用車両 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段部分に従う無人自律走行車両に関する。

本発明は、より詳細には、略横方向で床の上に積まれた飼料を移動させるための無人自律走行車両であって、前部支点と、別々のモータによって独立して駆動可能であって、それぞれ車軸を有する２つの車輪からなる少なくとも３つの支持点を有するフレームと、車両を作業移動方向に操縦して移動させるための制御ユニットと、フレーム周りを自由に回転可能に設けられ、半径を有し、外周が車両の外周を構成する環状部材を備えた飼料移動手段と、からなり、車両の重心が、作業移動方向から見て前部支点と車輪の間に位置することを特徴とする無人自律走行車両に関する。

技術的現状において、このような車両は、ＮＬ−１０３１６０５によって知られている。この車両は、例えばＬｅｌｙ Ｊｕｎｏ社のもとで販売されている。この車両は飼料通路に沿って移動し、作業移動中に床のわきに置かれた飼料を動物の方向に押し出す。

オランダ特許第１０３１６０５号

この既知の車両の欠点は、飼料を押し出している間、車両を常には適正に制御できないことである。時には、例えば平均を超える飼料の量が、それでも比較的少量であっても、飼料移動手段に接触して、車両が飼料の中で動けなくなることが起きる。

本発明の目的は、このような条件下でも、向上した制御性能を有し、特に安定した制御性能を有する車両を提供することである。

この目的のため、請求項１に記載された車両は、作業移動方向と垂直な横方向から見て、各車軸と飼料移動手段の幾何学的中心を通る垂線との間の距離が、環状部材の半径の３分の１未満であることを特徴としている。この比が約１：２である場合、車両の制御の安定性が明らかに向上することが実際に判っている。

説明によって縛られると出願人が思うことなく、本発明の効果は、幾何学的中心又は少なくとも幾何学的中心を通る垂線に対して、後方車輪が選択された位置にある場合に、横方向に斜めに作用する移動すべき飼料を押す力が、対向する後方車輪とその制御によって、より迅速にかつより効果的に相殺されるという事実によって生じると出願人は考えている。ここで、障害物のない移動の場合、より長いホイールベースが、原理的により安定した制御を提供する。この場合、後方車輪の「中心だし」がより重要であるように思われる。既存の車両を用いた場合、車両の前方で交互の力が斜めに作用する環境が、駆動車輪を介した調整制御を絶えず生じさせるということが指摘される。力が前方及び／又は前面に真直ぐには作用しないという事実によって、制御安定性のうち予測可能性が非常に小さい。

本発明において、作業中の移動方向は、使用中の装置が真直ぐ進んで飼料を押しやる際の仮の方向を意味する。結果的に、この場合、後方の（駆動される）車輪が、車両を推進する。もちろん、駆動される車輪の回転方向を反転することによって、車両を後方へ移動させることも可能である。また、幾何学的中心とは、飼料移動手段の外周の中心を意味する。この中心は、その回転自在性から、円である。飼料移動手段は、ある程度斜めにつるされてもよいので、上から見た形状は楕円になる。それにもかかわらず、中心は依然として明確に定義されるが、作業移動方向から見て、半径は円周の半径と完全には一致しない。原理的に、飼料移動手段は、実際上いかなる形状を取ることもできるが、連続したフレキシブルなコンベアベルトの形を取ることも可能である。これらすべての場合において、距離の比に関連して、半径とは前記外周をいろんな角度で投影した場合の平均半径を意味する。ところで、原理的に、幾分傾斜したリングの場合に、後者の半径と実際のリングの半径の差異は、わずかである。

後方車輪の車軸は、原理的に互いに対して一直線である必要がないことが、さらに指摘される。しかし、実際には、容易な制御と、特により安定した制御を双方向の曲線上で提供するために、一直線であることが有利である。最後に、外周は、床のレベルの外周を意味し、従って、飼料移動手段の作業レベルでの外周を意味する。外部部品として用いられ、保護機能を発揮する保護用ブラケットを設けることができる。他方で、同じものが飼料移動手段において、飼料と接触するように設けられている。しかし、これは床レベルで生じるものであって、十分な保護作用は、幾分より高いレベルでの保護用ブラケット／バンパーによって得られる。

特有の実施例は、従属請求項に記載されている。

特に、上記距離は、最大でおよそ半径の１０分の１の量である。「およそ」は、ここでは半径で割った距離が、最大で概算で０．１の量であることを意味する。実際には、制御に関して好ましい距離範囲が見出され、それはフレームのコーナーポイントに位置した中心からより大きな距離である場合、より明らかに静かに制御が行なわれる。

実施例において、作業移動方向から見た前記車輪は、幾何学的中心の後方に位置している。原理的に、前記車輪は幾何学的中心の前方又は後方の同じ距離に位置させることができるが、後者の場合のほうが、横方向の安定性が向上する。それにもかかわらず、前記後方車輪が幾何学的中心の前方であるが、重心より後方に位置する実施例も、実際的な可能性を残している。明確性のために、各場合で用いられる「前方」及び「後方」という用語はすべて、作業移動方向に対して決められていることがここで指摘される。ほとんどの場合において、車両は後方へ移動することができるが、通常の場合、その際に飼料を移動させることはない。なぜなら、少し前に既に前方移動時に飼料を移動させているからである。

実施例において、前部支点は、すべり金、ボール、又は旋回車輪からなる第３の車輪を備えている。特に、旋回車輪は低抵抗走行を提供し、汚染に高耐性であり、よくある汚れた環境下で有利である。

有利なことに、前部支点が、作業移動方向と垂直な横方向から見て、前記垂線から半径の少なくとも半分の距離に位置している、言い換えると、前部支点が、幾何学的中心から半径の少なくとも半分の距離に位置している。前部支点は、（ほとんど）制御の役割を果たさないから、前記前部支点を幾何学的中心から遠ざけておくのは、横方向の安定性を増す結果となるので、有利である。

車両に関する多くの他の詳細は、参考文献としてＮＬ−１０３１６０５に明確に示されている。いくつかのより具体的な点は、以下で説明するが、車両の構造と構成部品に関しては、以下で明確に言及しないので、引用文献の対応する箇所を参考にすること。

車両の制御は、例えば、たどるべき経路を示すストリップや、対象物、例えば飼料フェンスまでの固定された、又は固定されていない距離を測定するセンサや、ローカルな、又は非ローカルなＧＰＳのようなシステムや、トルク差測定システムなどによって、制御される。有利なことに、車両か、少なくともその中の制御ユニットは、プログラマブルであるか、遠隔制御可能であり、作業中に例えばルート又は設定距離を変更することができる。

もし飼料移動手段が、外周が車両の外周を構成する自由に回転自在の環状又は円状部材を備えている場合、飼料移動手段には別個の駆動装置は不要である。なぜなら、自由に回転自在の部材が、飼料自身によって（摩擦接触によって）駆動されるからである。もし望むのであれば、環状又は円状部材の外表面は、一つ以上の摩擦増加層及び／又は部材を備えることができる。信頼性の高い飼料の略横方向の移動を達成するために、本発明の無人車両の実施例は、少なくとも車両の作業移動方向において、床に最も接近するように、好ましくは移動されるべき飼料の側に設けられるように、環状又は円状部材が傾斜していることを特徴としている。もし環状又は円状部材と床及び／又は最下点が設けられた飼料の側で作る角度が調整可能である場合、無人車両は少なくとも車両の移動方向の略横方向に異なる種類の飼料を正しく移動させるように調整することができる。

図１は、本発明に係る無人車両の概略側面図である。 図２は、飼料を飼料フェンスまで移動する場合に用いられる本発明に係る無人車両の概略上面図である。

床に積まれた飼料３を略横方向に飼料フェンス２まで移動させるための無人自律走行車両１を図１と図２に示す。固体、液体、又はその混合物からなる飼料３は、周知の方法、例えばトラクタによって、飼料フェンス２に堆積されている。本発明は、飼料を動物に供給するための他の装置にも適用できるので、図２の飼料フェンス２は、その近傍に飼料を堆積しておくことのできる壁部分の多数の例のうちのひとつに過ぎないことは明らかである。本発明において、用語「壁部分」とは、開放構造の有無に関らず独立した部材のすべての態様を意味し、壁部分は形状、湾曲状、直線状、角度のある形状等多くの異なる形状をとることが可能である。

その制御も含めて多数の異なる機能を実行できる自律走行移動可能車両は周知であって、ここでは詳細は記載しない。車両へのエネルギー供給の自動充電や、他の材料の車両上のコンテナに対する自動積み降ろしも既知である。以下の特許文献に言及することで十分である：US-2966256, DE-1109441, DE-1183301, EP-0382693, DE-4425924, US-5309592, EP-0142594, DE-4444508, GB-2313190, US-5109566, GB-2313191, US-3273038, NL-7416427, US-5341540, US-5646494, EP-0943235, EP-1369010, EP-1369012 そして EP-1369017、しかし特に上記ＮＬ−１０３１６０５に詳しい。

無人車両１は、それぞれ車軸ａ２を有し、別々の駆動手段４、５によって駆動可能な２つの車輪４’、５’を備えている。駆動手段は、独立して制御可能な電動モータで構成されることが望ましい。加えて、無人車両１は、車軸ａ１を有する車輪１５、好ましくは旋回車輪の形状の前部支持点を備えている。車両１の幾何学的中心は、一点鎖線ｍ（図１参照）で示されており、作業移動方向は矢印Vで示されている。図１の線ｍは垂線であって、特に上述の幾何学的中心を通る垂線である。車軸ａ２が、幾何学的中心の後方（又は図１で見て垂線ｍの後方）の（最短）距離ｄ２に位置し、前輪軸ａ１が、幾何学的中心の前方（又は図１で見て垂線ｍの前方）の距離ｄ１に位置していることが判る（図１参照）。

無人車両１は、さらに距離測定手段６を備えており、図示の実施例では超音波センサであって、車両１から飼料フェンス２までの距離を測定する。距離測定の目的のために、技術的に知られている全ての適切なセンサ、例えば上述の列挙した特許文献に記載されたセンサが利用可能であることは明らかである。無人車両１は、超音波センサ６が飼料フェンス２を検出可能なように設けられた開口部８を備えた外部保護カバー７を設けることができる。開口部８を通って入ってきた飼料などの材料が堆積するのを避けるために、無人車両１の底部は、少なくとも部分的に開いている。

無人車両１は、方向測定手段９、図示の実施例ではジャイロスコープをさらに備えており、飼料フェンス２に対する車両１のセンターライン１４の向きを測定する。方向測定の目的のために、技術的に知られている全ての適切なセンサ、例えば上述の列挙した特許文献に記載されたセンサ、例えば電子コンパスや画像認識装置付きのカメラ等が利用可能であることは明らかである。

無人車両１は、トルク差測定手段１０もさらに備えており、車輪４’、５’間のトルク差を測定する。駆動手段４、５からのデータを用いたトルク差測定手段が周知である。このようなトルク差測定手段は、一つ（又は両方）の車輪の横滑りを検出するためにも用いることができ、検出後、修正動作（回転数の低減や作業者への警報）を行なうことが可能である。

無人車両１は、制御ユニット１１をさらに備えており、無人車両１を制御して、(作業)移動方向に移動させる。制御ユニット１１は、距離測定手段６や方向測定手段９やトルク差測定手段１０や車輪４’、５’の駆動機構４、５と、電線又は必要に応じて無線で接続されてデータ交換を行なう。

無人車両１の作業移動方向Vの略横方向に飼料３を移動させるために、無人車両１は、飼料移動手段１２を備えている。この飼料移動手段１２は、斜めに設けられた滑り台、又はコンベアベルトによって構成されている。しかし、本発明の好ましい実施例によれば、これらの飼料移動手段１２は、外周が無人車両１の外周を構成する自由に回転自在の環状部材１２によって構成されている。無人車両１の動作中、例えばリング又は円板からなる環状部材１２が飼料と接触すると、この環状部材１２は自動的に回転する。換言すれば、環状部材は自由に駆動される。もし環状部材１２が、少なくとも無人車両１の作業移動方向Vに略平行な箇所が床に最接近するような角度α（図１参照）で傾斜していれば、高度に再現可能な飼料の移動が得られる。移動させるべき飼料に依存して、環状部材１２と床で囲まれた角度αは調整可能である。この角度αは、制御ユニット１１によって制御される、例えばシリンダのような周知の傾斜手段（図示せず）を用いて、無人車両１の作業中に調整することができる。

飼料移動手段１２は、図１に示すように、半径ｒを有する。その回転自在性を得るため、飼料移動手段１２は、原理的に、上から見て円形である。図１に示すように、飼料移動手段１２は、ある程度斜めにつるすこともでき、垂直方向の投影が楕円形になる。それにもかかわらず、中心は維持され、明確に画定される。この時、距離ｄ１、ｄ２が図１に示すように定義される。本発明によれば、距離ｄ２と半径ｒの比は３分の１未満であり、図１ではおよそ０．１３である。これが、変化しやすい斜め方向に作用する力の影響下においても、より安定した制御をもたらす。これらの力は、飼料３が横方向に押された時に生じるもので、もちろん完全に一定の形では発生せず、常に斜め前方に発生する。これが、変わりやすい横方向の力と、変わりやすい力の及ぶ長さに帰結するので、非常に変わりやすいトルクが無人車両１に作用する。この力は、無人車両１を作業ルートからはずそうとするが、制御ユニット１１によって車輪４’と(特に)５’を駆動する力を調整することによって補償される。

原理的に、良好な水平方向の安定性を得るために、車両の重心は車軸ａ２の前方に位置する必要があることに留意すべきである。この目的のために必要な重量配分が、例において想定されている。しばしば、重量の大部分が略対称的に分配され、垂線ｍの後方に車軸ａ２の位置を設けることが満足させる。しかし、重量の大部分がより前方に位置し、車輪４’、５’の位置が垂線ｍの位置又はさらに幾分前方であっても、やはり満足させる。また、この例において、前部車輪から垂線ｍまでの距離ｄ１は、０．７×半径ｒより大きく、無人車両１の（水平方向）安定性に本質的に貢献している。

飼料を床に堆積させ、飼料フェンスにいる動物が飼料を食べている間、飼料は飼料フェンスから異なる距離で異なる高さに積み上げられる。動物が常に簡単な方法で所望の量の飼料を得ることができるように、図２に概略的に示すように、飼料フェンス２に沿って無人車両を一定の間隔で動かすことによって、飼料が飼料ファンス２の方に移動することを確保する。無人車両１を正確に制御するために、作業中無人車両１が距離測定手段６によって測定された飼料フェンス２までの距離を維持し、その距離は飼料フェンス２までの予め決められた最小距離以上であって、そして、動作中無人車両１のセンターライン１４が、方向測定手段９によって測定された飼料フェンス２に対する方向を維持し、その方向は少なくとも予め決められた向きにほとんど等しく、そして、動作中無人車両１の駆動可能な車輪４’、５’はトルク差測定手段１０によって測定されたトルク差を示し、そのトルク差があらかじめ決められた最大トルク以下であるように、制御ユニット１１がプログラムされている。これは、無人車両１が常に飼料フェンス２に対して正しい方向を維持し、無人車両１が飼料フェンス２までの最小距離以内に入らないことを意味し、そして飼料が積み上げられすぎないことが確保されている。なぜなら、多すぎる量の飼料の中を無人車両１が通ると、トルク差が大きくなりすぎるからである。

無人車両１の制御のために、予め決められた最小距離と組み合わせた距離測定手段６によって測定される距離に、優先度が与えられるように制御ユニット１１はプログラムされる。

無人車両１の好ましい実施例において、予め調整可能な距離は、作業中に調整可能である。調整方法は、例えば一日の中の時刻や無人車両が同じ位置に留まり、動物が飼料フェンス２に留まる経過時間に依存する。無人車両１の好ましい実施例において、予め設定された最大トルク差及び／又は予め設定された方向も、作業中に調整可能である。

無人自律走行車両１は、（図示しない）動力源を備えており、横方向に設けられた充電用端子１３を介して充電可能であって、充電用端子１３は充電装置と接触可能になっている。動力源を充電する他の方法、例えば誘導性充電などが、上記特許文献に記載されている。

図示していないが、無人車両１は付加的に飼料を供給するように構成することもできる。この目的のために、無人車両１は飼料を収容するための貯蔵容器と、床に向かって飼料を放出するための放出装置とを備えることができる。貯蔵容器は、好ましくは飼料を混合するための混合手段を備えている。ここで、距離測定手段６からのデータ及び／又はトルク差測定手段１０からのデータ及び／又は車両の速度及び／又は貯蔵容器の重量減少量などのデータを用いて、放出装置の動作を制御ユニット１１が制御できれば、有利である。これにより、均一量の飼料を分配することが可能になる。例えば、飼料フェンス２までの一定の距離でトルク差が特定値（例えば制御ユニット１１のメモリに記憶されたサーチテーブル内の値）以下になった時に、飼料の量が特定値以下に減少する。これらのデータに基づいて、放出装置は、床のその場所に一定量の飼料を堆積することができる。代替的に、又は付加的に、無人車両１は（例えば無人車両１の所有者及び／又は作業者の注意を引くための）信号を供給するための信号発生手段（例えば適切な送信回路制御で空中を伝達させる）を備えることができ、制御ユニット１１は距離測定手段６及び／又はトルク差測定手段１０からのデータを用いて、信号発生手段の動作を制御する。本発明は、トルク差の大きさが無人車両１が通る床の上の飼料の量に依存し、無人車両１の正確な制御のためにこのトルク差を測定された距離と方向と共に有利に用いることができるという洞察に基づいている。

ここで示した実施例は、単に例示的なものを意図しており、本発明を限定するものではない。記載し図示した特定の実施例やその技術的特徴も組み合わせることができる。保護の範囲は、添付した請求項によって定められる。

Claims (4)

1. 作業移動方向（Ｖ）に対して略横方向に、床の上に積まれた飼料（３）を移動させるための無人自律走行車両（１）であって、
   前部支点（１５）と、別々のモータ（４，５）によって独立して駆動可能であって、それぞれ車軸（ａ２）を有する２つの車輪（４’、５’）からなる少なくとも３つの支持点を有するフレームと、
   前記車両（１）を操縦して移動させるための制御ユニット（１１）と、
   前記フレーム周りを自由に回転可能に設けられ、半径（ｒ）を有し、外周が前記車両（１）の外周を構成する環状部材を備えた飼料移動手段（１２）と、からなり、
   前記車両（１）の重心が、前記作業移動方向（Ｖ）から見て前記前部支点（１５）と車輪（４’、５’）の間に位置し、
   前記作業移動方向（Ｖ）と垂直な横方向から見て、各車軸（ａ２）と前記飼料移動手段（１２）の幾何学的中心を通る垂線（ｍ）との間の距離（ｄ２）が、前記半径（ｒ）の３分の１未満であり、
   前記距離（ｄ２）が、前記半径（ｒ）の多くとも約１０分の１である
   ことを特徴とする無人自律走行車両。
2. 前記車輪（４’、５’）が、前記作業移動方向（Ｖ）から見て前記幾何学的中心の後方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の無人自律走行車両。
3. 前記前部支点（１５）が、すべり金、ボール、又は旋回車輪からなる第３の車輪を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の無人自律走行車両。
4. 前記前部支点（１５）が、前記作業移動方向（Ｖ）と垂直な横方向から見て、前記垂線（ｍ）から前記半径（ｒ）の少なくとも半分の距離（ｄ１）に位置していることを特徴とする請求項３に記載の無人自律走行車両。

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